農用植保無人機的研究進展

湯朝吉

(農安縣新農鄉綜合服務中心，吉林 農安 130223)

0 引言

隨著近年來環境氣候的變化，農田作物中的病蟲草害情況愈發嚴重，農作物從播種到收獲的各個生長階段，均有可能沾染病蟲草害，因此植保作業在農業種植過程中就起到了重要的作用。傳統植保作業方式主要是利用人工和地面機械進行噴藥驅害，存在效率低、時間長、勞動強度大、對人體損傷嚴重等不良因素，農田植保無人機作為新技術應運而生，逐漸投入到農業生產中，解決傳統植保方式存在的問題。

本研究首先介紹了植保無人機的應用范圍及優勢，提出目前植保無人機在應用過程中存在的問題，提出未來植保無人機的主要發展方向，研究結果對于提升植保無人機的田間工作效率具有重要意義。

1 農用植保無人機簡介

1.1 分類

農用植保無人機以動力輸出作為區分點可以分為油動型和電動型，主要技術特點如表1所示。以部件機構作為區分點可以劃分為固定翼型和旋翼型。固定翼農用植保無人機容量大、速度快、效率高，主要用在野外大規模地塊噴藥工作；旋翼型農用植保無人機相比較固定翼農用植保無人機容量小、操作靈敏、工作效益更高，完美適配我國土地分布不整齊、地形高低不平的土地現狀。

表1 油動植保無人機及電動植保無人機的技術特點

1.2 農用植保無人機基本構造

農用植保無人機主要由3大操控系統組成，分別是飛行控制、任務載荷、地面控制。農田植保無人機的建立是以執行農藥、化肥噴灑等特殊農業任務的無人機為基礎，目的是為了用于農田作物病蟲草害防治及農田作物生長監測，結合相關儀器及先進的數據處理方法實現作物參數的描述與產量評估。目前，常見的新型雙噴頭植保無人機基本技術參數如表2所示，配置組成如表3所示。現在市面上大量流轉使用的農田植保無人機主要由6種任務載荷組成，GPS導航、噴灑載荷、圖像識別、氣力授粉、伸縮增穩裝置。

表2 新型雙噴頭植保無人機基本技術參數

表3 新型雙噴頭植保無人機基本配置

2 農用植保無人機的優勢

2.1 高效安全

植保無人機日工作量可達到23.3 hm2以上，相比于傳統噴藥機械，作業效率高于其幾十倍。植保無人機采用自動導航定位，可以避免人體與施用藥的接觸，從而可以很好地保護作業人員的身體健康。

2.2 節約資源，降低成本

植保無人機的噴藥多是噴霧狀態，霧滴狀態的噴灑可以高效率的節約施藥量，減少不必要的浪費，節約農戶經濟成本。另外，由于植保無人機為新上市的技術，其保價率高、能耗低，其中電動型符合社會綠色環保的發展趨勢。

2.3 作業自動化程度高

植保無人機的農藥噴灑作業，無論地形或海拔高度，其作業高度如果能滿足在可控范圍內，即可接收各種控制命令，即使超出控可控范圍，也能夠迅速完成失控保護，等待控制信號，重新完成工作準備。當藥箱內容量不足時，可以自動落回起飛點等待補藥，補藥完成后可根據智能記憶重回停止噴藥位置，銜接繼續作業。

2.4 適應性好

植保無人機能夠實現豎直方向的直接升降，一方面可以滿足多種地形與地貌，不論是在平原地區或者丘陵山地，都不影響其正常工作，可以順利完成農業噴藥工作與病蟲害防治工作；另一方面該機的工作環境不會受到空間環境的影響，可以很好地適應不同地形的多種作物，如旱田、水田、果園等，順利完成相關農業生產工作。

2.5 防治效果好

植保無人機可以控制實現在低空微噴與精準藥物噴灑，提高藥液的噴灑能力，在螺旋槳高速旋轉產生下沉氣流時，沉降霧滴精準噴灑在作物表層，防止噴霧飄移，提高噴霧的覆蓋面積與均勻施藥，在有效增加了施藥面積的同時能夠大幅度降低農藥落入農田進而造成農業生態環境的污染。

3 農用植保無人機在田間應用中存在的問題

3.1 經濟成本較高

目前市面上售賣的農用植保無人機可以滿足大部分農戶的使用需求，其售價大概在幾萬元到幾十萬元不等，購買無人機后還需要進行相關技術培訓或聘請專業技術人員進行操作，需要支付額外的勞務費用；另一方面，無人機在后續使用中，出現質量問題或需要更換零部件也是一筆不菲的費用。因此，無人機在投入使用前投入資金較多，購買和使用植保無人機的高昂成本是限制農戶大面積使用的重要原因之一。

3.2 技術不夠成熟，存在安全隱患

隨著無人機的快速發展與國家相關政策的支持，無人機市場更是迎來新一輪熱潮。產業崛起的同時，出現多種問題也令人擔憂。目前，不少廠商一味求大，忽視了植保作業的特殊要求，行業標準難制定，購機補貼難申請。同時，在無人機使用過程中存在一些技術問題，如無人機避障控制不成熟，會對農田作物及人員安全造成極大的損害。許多植保無人機制造商盲目追求更多旋翼和更大升力的槳，以加大載重量，自行更改原有的氣動力和重力布局，導致飛行器存在眾多安全隱患。另一方面，由于缺乏專門適應于航空噴藥的設備，在噴藥時，存在針對性差、霧滴飄移嚴重等問題。

3.3 操作人員培訓制度及相關法律法規不完善

目前，由于無人機制造廠商將精力主要放在機械制造和研發中，沒有重視無人機操作人員的專業培訓。目前，關于農用無人機飛行高度、從業執照等相關規定不完善，國外已經基本形成了完善的農用無人機飛行規定。如，所有的無人機操控員必須經過登記并持有從業執照、飛行高度不得超過120 m、不得在機場附近和熱氣球、滑翔傘、超輕型飛機等附近操作使用無人機。目前，我國針對農用無人機的飛行任務、飛行時間及相關零部件的檢修、保養及更換措施等都沒有形成完善的規定與體系。

4 農用植保無人機研究趨勢

4.1 穩定安全的操作平臺

隨著當今時代科技的發展與進步，農業機械越來越趨于智能化、自動化發展方向，農用植保無人機也逐漸向智能化方向發展。目前，多數農用無人機與移動終端相匹配實現自動化控制，可以利用APP操作平臺進行控制，能夠完成各種各樣的方向操作、線路規劃、噴施藥量等，未來應該向開發高度穩定可靠的智能飛控系統，建立越發穩定、安全的操控平臺等方面發展。

4.2 精準施藥技術

當今時代看，精準施藥技術已成為加強農藥利用率、降低殘留風險、保護施藥區周邊環境的重要研究方向，完善農用無人機可變噴霧控制方法，將地理空間與航空遙感技術融入其中，實現農用無人機與高效航空遙感系統相結合，對于促進該類農用植保無人機的精準應用具有重要的推動作用。

4.3 農業航空植保靜電超低容量施藥技術

傳統噴灑農藥時只有不足一半的藥液能夠噴灑到農田作物之中，農用無人機噴藥霧滴受風速、風向等影響較大，會造成嚴重的霧滴漂移，降低農藥利用率。采用靜電噴霧可以有效提高藥液的附著率，增強了植保噴藥作業效率。通過控制漂移四散狀況，能夠減少農藥對農田土壤環境的污染。

4.4 高載質量、高效率、長航時

從目前看來，植保無人機的一個普遍缺點是攜帶重量較小，且飛行時間短。目前，農業生產對高負荷、高效率、長效使用機器的需求將越來越多，因此，研發裝載重量大、續航時間長的中小型機器將會是未來的發展方向。隨著載藥量和飛行時間的增加，能夠最為有效的加大農用植保無人機無人機的運行效率。

5 結論

對農用植保無人機應用技術與發展的研究分析可知，農用植保無人機應用領域的研究正在不斷進步和發展，農用植保無人機已成為農戶防治病蟲害的首選機械，為了保證農用植保無人機在噴藥階段完成穩定環保、高效安全的作業，未來應該加強精準施藥技術及植保靜電超低容量施藥技術的發展，完善農用無人機技術使用的法律法規，加大科研力度與資金投入，加強具有高載質量、高效率、長航時的中、大型無人機的研發，加強農用無人機與高效航空遙感系統相結合，提升農業現代化與智能化發展。